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発明の名称 オリジナルイメージから電気的イメージ信号を生成する装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−274122(P2003−274122A)
公開日 平成15年9月26日(2003.9.26)
出願番号 特願2003−22545(P2003−22545)
出願日 平成15年1月30日(2003.1.30)
代理人 【識別番号】100061815
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 敏雄 (外4名)
【テーマコード(参考)】
5B047
5C072
5C077
【Fターム(参考)】
5B047 AA05 AB04 BA01 BB03 BC11 BC14 CB22 DA01 DC09 DC11 
5C072 AA01 BA15 CA06 CA07 DA10 EA05 FA05 FB03 QA11 UA05 UA17 VA03
5C077 LL02 MM03 MP08 PP02 PP46 PP48 PQ23 PQ24 SS01 TT10
発明者 ヴォルフガング シュタイネバッハ
要約 課題
オリジナルイメージから電気的なイメージ信号を生成する装置を改善して、それぞれ異なるチャネルの伝達関数における相違が補正されるように構成する。さらにフィルムスキャナにおける伝達関数の相違を補正する方法を提供する。

解決手段
たとえばフィルムスキャナなどの装置により生成された光信号が、複数のセグメントに分けられたCCDセンサにより電気信号に変換される。CCDセンサのセグメントは互いに独立した読み出しチャネルを介して信号処理段と接続されており、この信号処理段において読み出しチャネルの電気信号が、それらにより全体イメージが表されるよう互いに結合される。さらに調整ユニットが設けられており、これにより目に見えるイメージ障害が回避されるようセンサの種々のセグメントの伝達関数が互いに調整される。
特許請求の範囲
【請求項1】イメージを照射または徹照する照射装置と、光信号を電気信号に変換するための光感応素子が設けられており、該光感応素子は、互いに独立した読み出しチャネルを介して読み出される複数のセグメントに分割されており、読み出された電気信号が信号処理段において結合され、それによりイメージ全体が表される形式の、オリジナルイメージから電気的イメージ信号を生成する装置において、調整ユニットが設けられており、該調整ユニットによりセグメント境界において隣り合う画素の電気信号が互いに調整され、目に見えるイメージ障害が回避されることを特徴とする、オリジナルイメージから電気的イメージ信号を生成する装置。
【請求項2】 光感応素子は1つまたは複数のCCDセンサにより形成されている、請求項1記載の装置。
【請求項3】 CCDセンサはリニアアレイセンサとして構成されている、請求項2記載の装置。
【請求項4】 前記リニアアレイセンサは複数の列を有しており、該列はその長手方向の広がりに関して横方向で互い違いに配置されている、請求項3記載の装置。
【請求項5】 イメージスキャニング方法において、a)イメージを照射または徹照して該イメージの情報を含む光信号を生成するステップと、b)種々のセグメントにグループ分けされた複数の画素を有する光センサに該光信号を結像するステップと、c)イメージ信号を含む電気信号に該光信号を変換するステップと、d)各々独立した読み出しチャネルを介して種々のセグメントから該電気信号を読み出すステップと、e)種々のセグメントに割り当てられたイメージ情報を表す電気信号を補正するステップを有することを特徴とするイメージスキャニング方法。
【請求項6】 種々の伝送チャネルの伝達関数を補正する、請求項5記載の方法。
【請求項7】 隣り合うセグメントに位置する画素から得られた各電気信号間の差が最小化されるよう前記補正を実行する、請求項6記載の方法。
【請求項8】 線形性補正を実行する、請求項6記載の方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、イメージを照射または徹照する照射装置と、光信号を電気信号に変換するための光感応素子が設けられており、該光感応素子は、互いに独立した読み出しチャネルを介して読み出される複数のセグメントに分割されており、読み出された電気信号が信号処理段において結合され、それによりイメージ全体が表される形式の、オリジナルイメージから電気的イメージ信号を生成する装置ならびにイメージスキャニング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ビデオ信号またはビデオデータを写真フィルムのオリジナルから生成するためにフィルムスキャナが用いられる。この場合、3つの基本的な方式が知られている:1つの方式ではエリアルアレイセンサ(電子カメラ)が利用され、このセンサの上にイメージが投影され、電気的な信号に変換される。さらに別の方式ではいわゆる「フライングスポット(flying spot)」スキャナが利用され、このスキャナの場合にはCRTの表面にラスタを描くために電子ビームが用いられる。このラスタはスキャンすべきフィルム上に結像され、光電子増倍管またはたとえばホトダイオードなどのような半導体により電気信号に変換される。
【0003】3番目の方式によればCCDリニアアレイセンサが利用され、これはシリアルピクセルデータを出力側に供給する。この場合、スキャンすべきフィルムは照射装置とCCDセンサとの間で連続的に移動し、イメージング光学装置によりフィルムイメージがCCD上にフォーカシングされる。赤と緑と青の色分解のため3つのCCDが使用されることが多く、色分解のスペクトル分割は、ダイクロイックライトスプリッタ(dichroic light splitter US 4, 205, 337)によって実行される。
【0004】とはいうものの、そのようなCCDセンサを高い信号品質で読み出すことのできる達成可能な速度に関しては限界がある。この限界は、用いられる半導体テクノロジーと電荷シフト回路に利用することのできるクロックドライバとに依存する。しかしながらスキャンレート(秒ごとのイメージスキャニング速度)を低減することなく分解能つまりは画素数を高める場合には、高い読み出し速度が要求される。
【0005】高い分解能と高速スキャニング(たとえば毎秒30枚の画像)という要求を同時に満たすため、複数のシフトレジスタチャネルと出力段(チャネルマルチプレクス)を用いてセンサが構成される。1つの公知のフィルムスキャナはたとえば、4つのシフトレジスタと4つの出力段をもつCCDを使用している。すべての画素を複数のチャネルに分割するやり方はCCDのアーキテクチャに依存する。ここでは一例として、4つの別個のイメージセグメントまたはイメージ区分が偶数番号の画素と奇数番号の画素に分けられたセンサを挙げておく。それぞれ異なるチャネルが再び合成され、後続の信号処理において全体イメージが形成される。したがってこの方式によるスキャナの場合、最初の信号処理(これは一般にはアナログ/ディジタル変換まで)はチャネルマルチプレクスにおいて実現される。
【0006】後処理領域(たとえば映画フィルム、広告などのためのフィルム後処理)においてスキャンされたイメージの品質については厳しい要求が課される。ここでの目的は、ネガフィルム材料の高いコントラストレンジを、複数の焦点開口(focal aperture)にわたってフィルムのグラデーションに可能なかぎり近いディジタルコピーに変換することである。この事例では、スキャナにおける既述のチャネルマルチプレクスは不利である。その理由は、固有のチャネルの特性がごく僅かにしか異ならなくても、イメージにおいて目に見える妨害が引き起こされる可能性があるからである。公知の方式によれば画素のクランプ(相関ダブルサンプリング)およびラインないし走査線のクランプにより個々のチャネルの黒値が補正される一方、白値に対しては個々のチャネルの利得の調整およびいわゆるFPN補正(FPN:Fixed Pattern Noise)が行われる。このFPN補正によれば、エラーを検出し続いて増倍管において補正を行うことにより、照射されたCCDの個々の画素におけるレベルエラーが排除される。伝達特性曲線の2つの点すなわち黒値と白値はこのようにして十分な精度で補正される。しかしながら理想的な線形の伝達特性曲線である2点間の「光の量の関数としての出力電圧」からの偏差は検出されず、したがってエラーが引き起こされる。そしてこれらのエラーは、チャネルがセンサにおいてそれぞれ異なる隣り合うイメージセグメントに分割されているときに特に目立つようになる。
【0007】
【特許文献1】US 4, 205, 337【0008】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の課題は、オリジナルイメージから電気的なイメージ信号を生成する装置を改善して、それぞれ異なるチャネルの伝達関数における相違が補正されるように構成することにある。さらに本発明の別の課題は、フィルムスキャナにおける伝達関数の相違を補正する方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば装置に関する課題は、調整ユニットが設けられており、該調整ユニットによりセグメント境界において隣り合う画素の電気信号が調整され、相互間について目に見えるイメージ障害が回避されることにより解決される。
【0010】さらに方法に関する課題は、a)イメージを照射または徹照して該イメージの情報を含む光信号を生成するステップと、b)種々のセグメントにグループ分けされた複数の画素を有する光センサに該光信号を結像するステップと、c)イメージ信号を含む電気信号に該光信号を変換するステップと、d)各々独立した読み出しチャネルを介して種々のセグメントから該電気信号を読み出すステップと、e)種々のセグメントに割り当てられたイメージ情報を表す電気信号を補正するステップを有することにより解決される。
【0011】従属請求項には本発明の有利な実施形態が示されている。
【0012】
【発明の実施の形態】いわゆる線形性補正の装置は2つの機能ブロックに分けられる。この場合、1回だけ、たとえばスキャナがスイッチオンされたあとに1回だけ行われるスタティックな補正とダイナミックな補正とが区別され、ダイナミックな補正によれば、隣り合う2つのセグメントの境界でイメージ内容が分析され、伝達特性曲線に対する補正値が決定されて、ルックアップテーブル(LUT)を用いることで信号処理における補正が実行される。スタティックな補正によって測定時点で種々の伝達特性曲線が求められてそれらから補正値が導出される一方、ダイナミックな補正によって線形特性たとえば温度ドリフトなどにおける一時的な変化を補償することができる。
【0013】次に、図面を参照しながら本発明の実施例について詳しく説明する。
【0014】
【実施例】図1にはフィルムスキャナが概略的に示されている。このフィルムスキャナにおいて、フィルム1は(図示されていない)フィルム搬送装置によりスキャニングウィンドウを通って搬送され、照射装置2によって照射される。この実施例では照射装置2は、3つの照射源3,4,5と3つの減衰素子6,7,8と3つのクロスセクションコンバータ9,10,11と照射側光学系12とによって構成されている。
【0015】この実施形態の場合、原色である赤、緑、青のレーザダイオード3,4,5が照射源として設けられている。まず最初に、3つのレーザビーム各々は制御可能な減衰素子6,7,8を別個に通過し、それらの減衰素子により各レーザビームの強度を他の2つのレーザビームとは無関係に設定することができる。フィルム面における強度に関して異なる3つの光源を制御または調整することの利点は殊に、個々に使用されるフィルムタイプとは無関係に最適な変調でスキャニングセンサが照射されることである。その結果、すべてのスキャニングセンサはいずれの事例でも可能なかぎり最良のSN比で動作するようになる。もちろん基本的に他の光源を使用してもよく、たとえばキセノンランプやハロゲンランプをそれに対応するフィルタとともに使用してもよい。
【0016】3つのレーザ光源3,4,5の点状光ビームはクロスセクションコンバータ9,10,11によって拡開されて、個々の水平方向ギャップが形成される。このギャップは照射の目的で、スキャニングウィンドウに配置されたフィルムイメージ上に結像される。
【0017】有利には、光ギャップ形成のためクロスセクションコンバータ9,10,11により拡開された光点は照射側の光学系12により、各ギャップ間の間隔ができるかぎり小さくなるようフィルム上に結像される。これによって、フィルム1が最初の照射ギャップから最後の照射ギャップとの間を搬送されている間、フィルム1のポジショニングエラーが可能なかぎり小さくなるようにすることができる。
【0018】ラインごとに徹照されるフィルムイメージはセンサ14,15,16によりスキャンされ、これはこの実施例ではCCDリニアアレイ素子が採用されている。有利には、個々のセンサ14,15,16を互いにいっそう広い間隔で配置できるようフィルム面のイメージをさらに分割するために、センサ側の光学系13たとえばプリズムスプリッタが用いられる。このようにして、他の光源の1つから散乱した光が個々のセンサ14,15,16に影響を及ぼすのを回避できる。
【0019】図2には、4つの列22a〜22dを有するリニアアレイセンサ21が略示されており、これらの列はその長手方向の広がりに関して横方向で互い違いに配置されていて、それらにはそれぞれシフトレジスタ23a〜23dが割り当てられている。各シフトレジスタ23a〜23dは出力段24a〜24dと接続されている。
【0020】図3にはさらに別のCCDリニアアレイセンサ26が示されている。CCDリニアアレイには2つのシフトレジスタ27,28が割り当てられている。CCDリニアアレイの各画素は個々のシフトレジスタ27,28に交互に接続される。センサ26は2つのセグメントAおよびBに分割され、これは図3の分割線29によって表されている。センサ26の特徴は、偶数番号の画素と奇数番号の画素がシフトレジスタ27,28から逆方向で読み出されることである。この目的で、シフトレジスタ27,28にはそれぞれ2つの出力段31a,31bおよび31c、31dが設けられている。
【0021】図4には、全体として参照符号40の付された信号処理回路のブロック図が示されている。
【0022】センサ14,15,16のスキャニング信号は、それぞれ異なるCCD読み出しチャネルにおけるスタティックおよびダイナミックな線形性補正のため、信号処理回路40において処理される。ここでは見やすくするため、図4にはセンサ14のための信号処理回路だけが示されており、センサ15および16用の同一の構成をもつ信号処理回路は省略されている。
【0023】センサ14は2つの読み出しチャネル41,42を介して読み出され、それらはまず最初に分割されるが、同じやり方で後続処理される。そのためここでは読み出しチャネル41の処理だけしか説明せず、したがって互いに対応し合う素子には同じ参照符号が付されている。
【0024】図示の実施例ではフィルムギャップはフィルムイメージのそれぞれ異なる場所で結合されるので、種々のセンサ14,15,16間の伝播時間差補償のため各読み出しチャネルのスキャニング信号はアナログ処理段43において遅延される。ついでアナログ/ディジタル変換がA/D変換器において行われる。機能ブロック46においてスタティックおよびダイナミックな線形性が補償され、その後、冒頭で述べたFPN補正が行われる。
【0025】評価段48においてセンサ14のセグメント境界が評価される。評価結果はフィードバックループ49を介して機能ブロック46へフィードバックされる。計算ユニット51において、求められたダイナミックエラー特性曲線が先行して求められていたスタティックなエラー特性曲線と結合される。その結果は計算ユニット51から機能ブロック46へ供給される。最終的に信号処理段52において2つの読み出しチャネルの信号が再び結合されて、全体イメージが形成される。
【0026】この代案となる信号処理回路が図5に示されており、これには全体として参照符号40′が付されている。図4に示した回路40とは異なり回路40′の場合には、ブロック図から明らかなようにスタティックな線形性補正とダイナミックな線形性補正がシーケンシャルに行われる。スタティック補正が最初に行われ、ついでFPN補正が、最後にダイナミック補正が行われる。とはいえ結局は同じ結果が得られ、つまり読み出しチャネル41′,42′から結合された全体イメージが得られる。
【0027】両方の回路40,40′ともに、読み出しチャネルを隣り合うCCDセグメンからも、また、リニアアレイセンサにおいてしばしば設けられている偶数番号の画素および奇数番号の画素を備えたチャネルからも構成することができる。
【0028】次に、スタティックな線形性補正の詳細について説明する。
【0029】上述のように白値が補正されるようFPN補正により個々の画素ごとに利得が整合された後、特性曲線「ディジタルCCD信号(FPN段のダウンストリーム)対光値」が測定される。この測定は複数のステップで行われ、その際、光の強度は照度を変えることよりも、CCDセンサの露光時間(積分時間)の制御によって作用を受ける。それというのもこれによって結果がいっそう精確になるからである。まずはじめに、CCDの出力レベルが100%のビデオ信号に対応するよう光の強度がセットされる。この場合、CCDの積分時間Tint は最小積分時間Tint min の10倍に設定される:Tint =10×Tint min以降の測定において積分時間が徐々に短くされ、各光値ごとに生じるビデオレベルが測定される。これにより光の強度に依存するビデオレベルの特性曲線上にポイントが生じる。この実施形態の場合、積分時間はTint min の整数倍(10×Tint min,9×Tint min,...1×Tint in)で変えられ、その結果、伝達特性曲線における10個のポイントが求められる。CCDの積分時間は品質の損失なく任意の長さで設定できないので、係数10だけ小さいレベルに光を設定してから、さらに別のブロックにおいて低い特性曲線領域(1〜10%の光の量)で測定が実行される。要求に従い0.1%〜1%の特性曲線が求められる。次に、このようにして決定された種々のセグメントが結合されて1つの全体的な特性曲線が形成される。ここで前提とするのは、各特性曲線ブロックの終端たとえばブロック10〜100%のうち10%の光のレベルで得られた測定結果と2番目のブロック1〜10%の測定結果とは同じであり、求められたポイントは互いに上下に位置している。ついで後続のステップにおいて、測定された特性曲線と理想的に線形の特性曲線との間の偏差が計算され、ルックアップテーブル(LUT)に格納される。その後、あとのイメージスキャニング中、スキャナにより伝送された各イメージ信号に対し対応する補正値が加算され、その結果、補正されたイメージ信号が得られる。ここで考慮すべきことは、信号経路中で乗法によるFPN補正よりも前にこの補正が行われることであり、その理由は、そのようにした場合にのみ測定中に求められた補正値が特性曲線ポイントにおいて生じることである。
【0030】次に、ダイナミックな線形性の補正の詳細について説明する。
【0031】上述の補正によってすでに良好に補正されたイメージ信号が生じるけれども、ダイナミックな影響たとえばアナログ信号処理における温度依存性やイメージセンサのドリフト作用などは検出されない。それゆえ線形性の経時変動成分を改善する目的で、CCDセンサのセグメント境界における特性曲線偏差の連続的な検出が行われる。この場合、セグメント境界における隣り合う画素の値は統計処理ユニットへ供給され、それによりビデオレベルにおける平均偏差がビデオレベルの関数として計算される。以下の例は、セグメントAとBの間のセグメント境界におけるこの種のエラーの計算を示すものである。図6には、これに対する指標の割り当てが示されている。図6は、図3のCCDセンサ26をいっそう詳しく示すものである。ここで、CVA, -(t):時間tに依存するコード値画素n−1,セグメントA(後ろから2番目の画素)
CVA, (t):時間tに依存するコード値画素n,セグメントA(最後の画素)
CVB, (t):時間tに依存するコード値画素1,セグメントB(最初の画素)
CVB, (t):時間tに依存するコード値画素2,セグメントB(2番目の画素)
V1:すぐ隣り合う画素CVA, (t),CVB, (t)の重みV2:2番目に隣り合う画素CVA, -(t),CVB, (t)の重みとする。
【0032】可変のレベル重み付けをもつセグメント境界における複数の画素を計算に用いることができる。この例によれば、じかに隣り合う画素[CVA, (t),CVB, (t)]が1で重み付けられ、近くの画素[CVA, -(t),CVB, (t)]が0.2で重み付けられる。つまりV1=1,V2=0.2である。セグメント境界における現在のイメージ内容を消去するために、種々のビデオレベルCVに対する測定において十分に大きい集合Mにわたり平均値を形成する必要がある。
【0033】以下の差分関数を最小化するのが補正の目的である:【0034】
【数1】

【0035】この場合、ビデオレベルの関数として結果として生じるエラー特性曲線 Delta(CV) を、ルックアップテーブル(LUT)においてセグメントBについて補正を実行するために使用することができる。このテーブルは後続の処理ユニットに配置することもできるし、あるいは制御ループとして先行する処理段階で実現することもできる。エラー特性曲線は実験に従い均一なプロファイルを有しているので、上述の式に従いすべてのバイナリビデオ値について測定値が求められるのではなく、特定のビデオ値セグメントについて補正値を求めてエラー特性曲線を計算しても十分である。たとえばビデオレンジ0.1〜0.2%,0.2〜0.3%...0.9〜1.0%,1〜2%,2〜3%...9〜10%,10〜20%,20+30%...90〜100%に対してセグメントの偏差を結合し、補償特性曲線を求めることができる。




 

 


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